DE10202336A1

DE10202336A1 - Transmitterendstufe für einen Zweidrahtbus

Info

Publication number: DE10202336A1
Application number: DE10202336A
Authority: DE
Inventors: Bernd Elend
Original assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH
Priority date: 2002-01-23
Filing date: 2002-01-23
Publication date: 2003-07-24
Also published as: EP1472840A1; ATE395771T1; US20050104633A1; EP1472840B1; CN100454916C; DE60226646D1; WO2003063436A1; JP2005516479A; CN1615620A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Transmitterendstufe für einen Zweidrahtbus, welcher entgegengesetzt gleicher Ströme auf die beiden Busleitungen (7, 8) erzwingt und welche eine erste Spannungsquelle (5) zur Spannungsversorgung, eine zweite Spannungsquelle (6) zur Steuerung der entgegengesetzt gleichen Ströme und zur Erzeugung von Datenbits auf den Busleitungen (7, 8) sowie zwei PNP-Transistoren (1, 2) aufweist, welche basisseitig durch die zweite Spannungsquelle (6) angesteuert werden und welche beide gleiche Kollektorströme erzeugen, von denen einer (I¶1¶) auf die erste Busleitung (7) und ein zweiter (I¶T1¶) auf einen Eingang einer Stromspiegelschaltung (3, 4) gegeben wird, die ausgangsseitig einen Strom (I¶2¶) auf der zweiten Busleitung (8) erzwingt, der gleiche Größe jedoch entgegengesetztes Vorzeichen des in die erste Busleitung (7) gespeisten Stromes (I¶1¶) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Transmitterendstufe für einen Zweidrahtbus.
In Zweidrahtbussystemen, wie z. B. dem CAN-Bus, werden sogenannte "Common Mode Chokes" eingesetzt. Diese sind gesondert zu Transmitterendstufen vorgesehen und dienen dazu, die elektromagnetische Abstrahlung des Bussystems zu verringern. Dies wird dadurch erzielt, dass diese "Common Mode Chokes" auf beiden Busleitungen des Bussystems Ströme gleicher Grösse, jedoch entgegengesetzten Vorzeichens erzwingt.
Diese "Common Mode Chokes" stellen für ein derartiges Bussystem einen zusätzlichen Aufwand dar, da sie als gesonderte Schaltungselemente vorzusehen sind.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Transmitterendstufe anzugeben, welche Ihrerseits bereits die elektromagnetische Abstrahlung des Busses mittels entgegengesetzt gleicher Ströme erzielt, so dass auf gesonderte "Common Mode Chokes" verzichtet werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst:
Transmitterendstufe für einen Zweidrahtbus, welche entgegengesetzt gleiche Ströme auf den beiden Busleitungen (7, 8) erzwingt und welche eine erste Spannungsquelle (5) zur Spannungsversorgung, eine zweite Spannungs- oder Stromquelle (6) zur Steuerung der entgegengesetzt gleichen Ströme und zur Erzeugung von Datenbits auf den Busleitungen (7, 8) sowie zwei erste Transistoren (1, 2) aufweist, welche basisseitig durch die zweite Spannungsquelle (6) angesteuert werden und welche beide gleiche Kollektorströme erzeugen, von denen einer (I₁) auf die erste Busleitung (7) und ein zweiter (I_T1) auf einen Eingang einer Stromspiegelschaltung (3, 4) gegeben wird, die ausgangseitig einen Strom (I₂) auf der zweiten Busleitung (8) erzwingt, der gleiche Größe jedoch entgegengesetztes Vorzeichen des in die erste Busleitung (7) gespeisten Stromes (I₁) aufweist.

Eine solche Transmitterendstufe weist eine erste Spannungsquelle auf, die zur Strom- bzw. Spannungssorgung der Endstufe dient. Mittels einer zweiten Spannungsquelle oder Stromquelle werden zwei erste Transistoren basisseitig angesteuert, welche so ausgelegt sind, dass sie gleiche Kollektorströme erzeugen. Ein erster dieser Kollektorströme wird in eine erste Busleitung des Zweidrahtbusses eingespeist. Der von dem zweiten Transistor erzeugte Strom gleicher Grösse wird in eine Stromspiegelschaltung eingespeist, die ausgangsseitig einen Strom gleicher Grösse jedoch entgegengesetzten Vorzeichens liefert, der in die zweite Busleitung des Zweidrahtbusses gespeist wird.

Auf diese Weise wird erreicht, dass in die beiden Busleitungen in gewünschter Weise Ströme gleichen Betrages jedoch unterschiedlichen Vorzeichens eingespeist werden, so dass die elektromagnetische Abstrahlung der beiden Busleitungen des Bussystems minimiert wird.

Somit bedarf es, um diesen Effekt zu erzielen, keinerlei zusätzlicher Schaltungen mehr, wie z. B. denen aus dem Stande der Technik bekannten "Common Mode Chokes".

Vielmehr stellt die Transmitterendstufe, gesteuert durch die zweite Spannungsquelle, jederzeit sicher, dass entgegensetzt gleiche Ströme in die beiden Busleitungen des Bussystems eingespeist werden. Dies gilt sowohl im Leerlaufbetrieb der Transmitterendstufe, d. h. also wenn keine Daten in den Datenbus eingespeist werden, wie auch im aktiven Betrieb, wenn Daten eingespeist werden. Diese beiden Betriebsarten (es können auch mehr als 2 Betriebsarten vorgesehen sein) können durch die Wahl der Grösse der Spannung eingestellt werden, die von der zweiten Spannungsquelle geliefert wird.

Somit steht im Endeffekt eine sehr einfache Schaltung einer Transmitterendstufe zur Verfügung, die sowohl für die Datenübertragung wie auch für die Minimierung der elektromagnetischen Abstrahlung des Zweidrahtbusses geeignet ist.

Wegen der unterschiedlichen Polarität der beiden Ströme können vorteilhaft, wie gemäss einer Ausgestaltung der Erfindung gemäß Anspruch 2 vorgesehen ist, als die beiden ersten Transistoren, die gleiche Ströme liefern, zwei PNP-Transistoren vorgesehen sein. Der Stromspiegel, der gegenüber dem in die erste Busleitung eingespeisten Stromes einen Strom gleichen Betrages jedoch entgegengestzten Vorzeichens liefert, wird vorteilhaft mittels zweier PNP-Transistoren aufgebaut.

Gemäss einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 3 kann die zweite Spannungsquelle, die die Ströme, die in die beiden Busleitungen des Zweidrahtbusses eingespeist werden, bezüglich ihrer Grösse steuert, mehrere verschiedene Spannungswerte liefern, die beispielsweise einen Ruhezustand des Datenbusses und ein oder mehrere aktive Zustände auf dem Datenbus auslösen.

Bei dem Datenbus kann es sich, wie gemäss einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 4 vorgesehen ist, beispielsweise um einen CAN-Bus handeln, bei dem es, da er in Fahrzeugen eingesetzt wird, besonders auf die Minimierung der elektromagnetischen Abstrahlung ankommt.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der einzigen Figur der Zeichnung näher erläutert.
Die Figur zeigt in Form eines Schaltbildes eine erfindungsgemässe Transmitterendstufe mit einer ersten Spannungsquelle 5, die die Spannungsversorgung der Schaltung der Transmitterendstufe sicherstellt.
Ferner ist eine zweite Spannungsquelle 6 vorgesehen, die die Basen eines ersten PNP- Transistors 1 sowie eines zweiten PNP-Transistors 2 ansteuert. Die Emitter dieser beiden PNP-Transistoren 1 und 2 sind mit dem Pluspol der ersten Spannungsquelle 5 gekoppelt.
Die beiden PNP-Transistoren 1 und 2 sind so ausgelegt, dass sie gleich grosse Kollektorströme erzeugen. Der Kollektorstrom des PNP-Transistors 2, der in der Figur mit I Index 1 gekennzeichnet ist, wird in eine erste Busleitung 7 eines Zweidrahtbussystems, dass im übrigen in der Figur nicht mehr dargestellt ist, eingespeist.
Ziel ist es, in eine zweite Busleitung 8 des Zweidrahtbusses einen Strom gleicher Grösse, jedoch entgegengesetzten Vorzeichens einzuspeisen.
Dazu wird der Kollektorstrom des ersten PNP-Transistors 1, der in der Figur mit I Index T1 gekennzeichnet ist und die gleiche Grösse und gleiches Vorzeichen wie der Strom I1 aufweist, eingesetzt.
Dieser Strom I Index T1 wird in eine Stromspiegelschaltung eingespeist, die aus 2 NPN- Transistoren 3 und 4 aufgebaut ist. Die beiden NPN-Transistoren 3 und 4 sind emitterseitig mit dem Minuspol der ersten Spannungsquelle 5 gekoppelt. Der Eingangstransistor 3 der Stromspiegelschaltung ist als Diode verschaltet, seine Basis und sein Kollektor sind also miteinander gekoppelt. An den Kollektor des Eingangstransistors 3 der Stromspiegelschaltung wird der Strom I Index T1 von dem ersten PNP-Transistor 1 eingespeist. Somit erzeugt der Ausgangstransistor 4 der Stromspiegelschaltung in seinem Kollektor einen Strom gleicher Grösse, jedoch entgegengesetzten Vorzeichens. Dieser ist in der Figur mit I Index 2 gekennzeichnet.
Bei dem Strom I2 handelt es sich also genau um den gewünschten Strom, der verglichen mit dem Strom I1 gleichen Betrag, jedoch entgegengesetztes Vorzeichen aufweist. Dieser Strom wird in die zweite Busleitung 8 eingespeist.
Somit ist sichergestellt, dass in den beiden Busleitungen 7 und 8 Ströme entgegengesetzten Vorzeichens, jedoch gleichen Betrages fließen.
Die Spannungsquelle 6 kann ihrerseits gesteuert werden. D. h., sie kann mehrere verschiedene Spannungswerte annehmen, die beispielsweise dazu dienen können, verschiedene Zustände auf dem Datenbus bzw. dessen Busleitungen 7 und 8 zu erzeugen.
Auch bei verschiedenen Spannungswerten der Spannungsquelle 6 ist, solange diese Werte gleich oder kleiner als die Spannungswerte der ersten Spannungsquelle 5 sind, sichergestellt, dass sowohl in einem Ruhezustand der Transmitterendstufe, wenn diese also keine Daten überträgt, wie auch in einem aktiven Zustand, in welchem Daten auf die beiden Busleitungen 7 bzw. 8 des Zweidrahtbusses gegeben werden, immer entgegengesetzt gleiche Ströme in den Busleitungen 7 und 8 durch die Transmitterendstufe erzwungen werden.
Damit ist das eingangs genannte Ziel unter jeder Betriebsbedingung erreicht. Dies gelingt mit einem relativ einfachen Aufbau der Transmitterendstufe und ohne zusätzliche erforderliche Schaltungen.
Die busseitigen Transistoren, also die Transistoren 2 und 4 können gegebenenfalls vervielfacht werden, also in mehreren Exemplaren als Parallelschaltung vorgesehen sein, um einen höheren Ausgangsstrom zu erzielen.
Statt der Spannungsquelle 6 kann auch eine Stromquelle vorgesehen sein, welche einen Strom auf die Basen der Transistoren speist und welche mit ihrem anderen Pol auf den Eingang der Stromspiegelschaltung gekoppelt ist. Ferner können die Transistoren 1 bis 4 auch als Feldeffekt-Transistoren ausgebildet sein.
Falls eine Regelung der Ströme mittels einer entsprechenden Einstellung der Spannung der zweiten Spannungsquelle 6 vorgesehen ist, so sollte sich diese Regelung an der Spannung an der ersten Busleitung 7 orientieren, da für die erste Busleitung im allgemeinen eine Sollspannung vorgegeben wird. Dazu kann beispielsweise eine geeignete Rückkopplung von der Spannung auf der ersten Busleitung 7 auf die Spannungsquelle 6 vorgesehen sein.

Claims

1. Transmitterendstufe für einen Zweidrahtbus, welche entgegengesetzt gleiche Ströme auf den beiden Busleitungen (7, 8) erzwingt und welche eine erste Spannungsquelle (5) zur Spannungsversorgung, eine zweite Spannungs- oder Stromquelle (6) zur Steuerung der entgegengesetzt gleichen Ströme und zur Erzeugung von Datenbits auf den Busleitungen (7, 8) sowie zwei erste Transistoren (1, 2) aufweist, welche basisseitig durch die zweite Spannungsquelle (6) angesteuert werden und welche beide gleiche Kollektorströme erzeugen, von denen einer (I₁) auf die erste Busleitung (7) und ein zweiter (I_T1) auf einen Eingang einer Stromspiegelschaltung (3, 4) gegeben wird, die ausgangseitig einen Strom (I₂) auf der zweiten Busleitung (8) erzwingt, der gleiche Größe jedoch entgegengesetztes Vorzeichen des in die erste Busleitung (7) gespeisten Stromes (I₁) aufweist.

2. Transmitterendstufe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden ersten Transistoren als PNP-Transistoren (1, 2) ausgebildet sind und emitterseitig mit dem Pluspol der ersten Spannungsquelle (5) gekoppelt sind, daß ein erster (1) der beiden PNP- Transistoren (1, 2) kollektorseitig mit dem Kollektor und der Basis eines NPN- Eingangstransistors (3) der Stromspiegelschaltung gekoppelt ist, welche einen NPN- Ausgangstransistor (4) aufweist, welcher basisseitig mit der Basis des Eingangstransistors (3) gekoppelt ist, wobei die Emitter beider Transistoren (3, 4) der Stromspiegelschaltung mit dem Minuspol der ersten Spannungsquelle (5) gekoppelt sind.

3. Transmitterendstufe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Spannungsquelle (6) mehrere verschiedene Spannungswerte liefern kann, die einen Ruhezustand des Datenbusses und wenigstens einen aktiven Zustand auf dem Datenbus auslösen.

4. Transmitterendstufe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Datenbus um einen CAN-Bus handelt und dass die zweite Spannungsquelle (6) zwei verschiedene Spannungswerte liefern kann, von denen der eine einen Ruhezustand des Datenbusses und der zweite einen aktiven Zustand auf dem Datenbus auslöst.